模糊層次分析法確定管線風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重

摘要： 詳細(xì)介紹了模糊層次分析法的應(yīng)用步驟，提出將其應(yīng)用于確定管線風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重。以美國(guó)W. K. Muhlbauer提出的管道風(fēng)險(xiǎn)因素為例，用模糊層次分析法和改進(jìn)層次分析法兩種方法來(lái)計(jì)算其權(quán)重，并將已知通過(guò)層次分析法得到的權(quán)重和這兩種方法計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行比較，得出如下結(jié)論：（1）層次分析法和改進(jìn)層次分析法計(jì)算得到的結(jié)果并不理想，甚至嚴(yán)重偏離W. K. Muhlbauer提出權(quán)重；（2）模糊層次分析所計(jì)算得到的結(jié)果和W. K. Muhlbauer提出權(quán)重的非常吻合；（3）層次分析法存在需要檢驗(yàn)判斷矩陣一致性的缺陷，改進(jìn)層次分析法步驟繁瑣，操作不便的缺陷；（4）模糊層次分析法可以應(yīng)用于類似于管線風(fēng)險(xiǎn)因素等因素權(quán)重的確定。
 關(guān)鍵詞：模糊層次分析法  改進(jìn)層次分析法  管線風(fēng)險(xiǎn)  因素  權(quán)重  計(jì)算
引言
 管線風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重，是對(duì)整個(gè)管線風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，因此如何正確確定其權(quán)重，具有重大意義。美國(guó)W. K. Muhlbauer提出的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分法是迄今為止較為完整和系統(tǒng)的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法, 已經(jīng)成為國(guó)際上開(kāi)展油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的指導(dǎo)性方法[1]。雖然W.K.Muhlauer提出的方法和數(shù)據(jù)一應(yīng)成為國(guó)際上的指導(dǎo)性方法，但是管道風(fēng)險(xiǎn)因素在不同的地區(qū)不同的時(shí)間下有可能會(huì)增加或者減少，那么當(dāng)因素增加或者減少的時(shí)候，怎么確定它們的權(quán)重，是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。俞樹(shù)榮[2]等人采用經(jīng)典層次分析法來(lái)確定Muhlbauer 提出管道風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重，但是將兩種權(quán)重進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)俞樹(shù)榮他們所確定的權(quán)重和W. K. Muhlbauer提出的權(quán)重存在較大誤差，同時(shí)由于層次分析法在實(shí)際比較過(guò)程中存在標(biāo)度調(diào)整困難的缺陷[2][3]，因此筆者考慮采用模糊層次分析法[4]和“改進(jìn)的層次分析法[5]來(lái)確定其權(quán)重。
1. 管線風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重確定
 美國(guó)W. K. Muhlbauer提出的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分法將造成管道事故的原因分為第三方破壞、腐蝕、設(shè)計(jì)、操作四類,每類的分值都在0～100 ,每類都有若干個(gè)影響次因素, 對(duì)每一影響次因素都有較嚴(yán)格的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)歷史記錄和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,對(duì)照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),給各影響次因素打分,再求和得指數(shù)和,經(jīng)泄漏沖擊指數(shù)修正后得到相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。各影響次因素層次結(jié)構(gòu)圖如圖1 [1][6]。
  
      圖1   管線風(fēng)險(xiǎn)因素層次結(jié)構(gòu)
 
1.1 模糊層次分析法（FAHP）
 1）建立優(yōu)先關(guān)系矩陣
                                                     （1）
其中和分別表示指標(biāo)和的相對(duì)重要性程度。
 定義  若矩陣滿足，則稱為模糊一致矩陣。
 2）將優(yōu)先關(guān)系矩陣F改造成模糊一致矩陣R，即先對(duì)F按行求和，記為
                                                     （2）
然后作行變換：
                                                           （3）
   3）指標(biāo)權(quán)重計(jì)算
 模糊一致矩陣每行元素的和（不含自身比較）：
                     （4）
不含對(duì)角線元素的總和：
                                                           （5）
 由于表示指標(biāo)i相對(duì)于上層目標(biāo)的重要性，所以對(duì)歸一化即可得到各指標(biāo)權(quán)重：
                                               （6）
以第三方破壞因素下的七個(gè)子因素為例說(shuō)明模糊層次分析法確定權(quán)重的應(yīng)用，其優(yōu)先關(guān)系矩陣如表1。
                           表1  優(yōu)先關(guān)系矩陣
       
 0.5 0.5 1 1 1 1 1
 0.5 0.5 1 1 1 1 1
 0 0 0.5 0 0 0 0
 0 0 1 0.5 0.5 0.5 0.5
 0 0 1 0.5 0.5 0.5 0.5
 0 0 1 0.5 0.5 0.5 0.5
 0 0 1 0.5 0.5 0.5 0.5
 然后按照上述公式（2）-（6）便可求出最小埋深、地面活動(dòng)水平、地上設(shè)施、電話通知制度、公共教育、線路狀況和巡線頻率7個(gè)子因素的權(quán)重，結(jié)果求得的權(quán)重是：
 （W1，W2，W3，W4，W5，W6，W7）=（0.202，0.202，0.0714，0.131，0.131，0.131，0.131）同理可以求出所有因素的權(quán)重，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。
1.2 改進(jìn)層次分析法（IAHP）
 改進(jìn)層次分析法的一般步驟是：（1）.建立比較矩陣；（2）計(jì)算重要性排序指數(shù)；（3）構(gòu)造判斷矩陣；（4）求判斷矩陣的傳遞矩陣；（5）求傳遞矩陣的最優(yōu)傳遞矩陣；（6）求判斷矩陣的擬優(yōu)一致矩陣；（7）求擬優(yōu)一致矩陣的特征向量；（8）對(duì)特征向量進(jìn)行歸一化處理得到權(quán)重。方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[4]，還是以第三方破壞因素下的七個(gè)子因素為例，其比較矩陣如表2。
                            表2  比較矩陣
       
 1 1 2 2 2 2 2
 1 1 2 2 2 2 2
 0 0 1 0 0 0 0
 0 0 2 1 1 1 1
 0 0 2 1 1 1 1
 0 0 2 1 1 1 1
 0 0 2 1 1 1 1
 結(jié)果求得的權(quán)重是：
（W1，W2，W3，W4，W5，W6，W7）=（0.367，0.367，0.015，0.0627，0.0627，0.0627，0.0627）
 同理可以求出所有因素的權(quán)重，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。
1.2 計(jì)算結(jié)果及分析
 兩種方法計(jì)算所得因素的權(quán)重如下表3。
 
                             表3  各因素權(quán)重計(jì)算結(jié)果
 第三方破壞因素  腐蝕因素
  Muhlbauer FAHP IAHP   Muhlbauer FAHP IAHP
最小埋深 0.20 0.202 0.367 大氣腐蝕 0.2 0.25 0.308
地面活動(dòng)水平 0.20 0.202 0.367 內(nèi)腐蝕 0.2 0.25 0.308
地上設(shè)施 0.10 0.071 0.015 外腐蝕 0.6 0.50 0.385
電話通知制度 0.15 0.131 0.063 - - - -
公共教育 0.15 0.131 0.063 - - - -
線路狀況 0.15 0.131 0.063 - - - -
巡線頻率 0.15 0.131 0.063 - - - -
 
 
      （續(xù)）                 表3  各因素權(quán)重計(jì)算結(jié)果
 設(shè)計(jì)因素  誤操作因素
  Muhlbauer FAHP IAHP   Muhlbauer FAHP IAHP
管子安全系數(shù) 0.20 0.20 0.203 設(shè)計(jì)誤操作 0.30 0.292 0.263
系統(tǒng)安全系數(shù) 0.20 0.20 0.203 施工誤操作 0.20 0.208 0.118
疲勞 0.15 0.15 0.102 運(yùn)行誤操作 0.35 0.375 0.564
水擊可能性 0.10 0.10 0.052 維護(hù)誤操作 0.15 0.125 0.055
水壓試驗(yàn)狀況 0.25 0.25 0.387 - - - -
土壤移動(dòng)狀況 0.10 0.10 0.052 - - - -
 
 從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，模糊層次分析法計(jì)算所得到的各因素權(quán)重和W. K. Muhlbauer提出的權(quán)重非常吻合，特別是設(shè)計(jì)因素下的六個(gè)子因素計(jì)算所得的權(quán)重和W. K. Muhlbauer完全吻合；改進(jìn)層次分析法計(jì)算所得到的權(quán)重明顯使得那些不太重要的因素的權(quán)重過(guò)小，例如第三方破壞因素中的電話通知制度、公共教育、線路狀況和巡線頻率W. K. Muhlbauer給出的權(quán)重是0.15，而改進(jìn)層次分析法計(jì)算得到的是0.063；誤操作因素中維護(hù)誤操作W. K. Muhlbauer給出的權(quán)重也是0.15，而改進(jìn)層次分析法得到的是0.055。這樣使得這些因素權(quán)重過(guò)分偏小，容易在管線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中忽略這些因素而造成意想不到危險(xiǎn)的后果；而文獻(xiàn)[2]采用層次分析法得到的第三方破壞因素下子因素最小埋深、地面活動(dòng)水平、地上設(shè)施、公共教育的權(quán)重分別為（0.5548，0.1369，0.0996，0.2086），這一結(jié)果嚴(yán)重偏離了W. K. Muhlbauer給出的權(quán)重。
2. 結(jié)論
 通過(guò)上述分析，筆者得到如下結(jié)論：
 （1）層次分析法采用了九標(biāo)度，在實(shí)際操作過(guò)程中由于評(píng)判者的主觀因素、知識(shí)水平等因素，容易使得評(píng)價(jià)結(jié)果含有的主觀成分過(guò)重，而且評(píng)判者對(duì)于選取哪級(jí)標(biāo)度相當(dāng)困難；另外它還需要檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性，一旦一致性檢驗(yàn)不成立，那么調(diào)整判斷矩陣也是非常困難的。
 （2）模糊層次分析法和改進(jìn)層次分析法都是采用三標(biāo)度，使得評(píng)判者很容易對(duì)兩兩因素作出誰(shuí)相對(duì)重要的決策，而且都不需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)；但是模糊層次分析法比改進(jìn)層次分析法簡(jiǎn)單，更容易掌握，而且通過(guò)計(jì)算分析得到模糊層次分析法計(jì)算的結(jié)果比改進(jìn)層次分析法計(jì)算得到的結(jié)果更加合理和準(zhǔn)確，可以將其應(yīng)用于管線風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重的確定，同樣也可用于類似因素權(quán)重的確定。
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